RH真空脱气过程循环流动的数值模拟

论文摘要

概述了炉外精炼的发展和我国现状,详细介绍了RH精炼的工作原理、特点、发展情况和未来发展趋势。指出了RH精炼技术与其它精炼技术相比在精炼功能方面的优势。在RH精炼过程中,钢液流动状态直接影响钢液成分和温度的均匀性,所以,研究RH装置内的钢液流动对缩短精炼时间,改善精炼效果起着十分重要的作用。为了探求RH真空精炼过程的内部钢液流动机理,本文在一些简化假设的前提下,从上升管吹Ar这一基本现象着手,描述了RH装置的内部流动现象,通过数值模拟,分析、考察了充气量、充气压力对流动和循环流量的影响,为RH工艺优化提供依据和指导。以Baokuan Li和Fumitaka TSUKIHASHI建立的RH精炼物理模型作为研究对象,从循环流动的角度出发,利用FLUENT软件构建该实验装置中液相流动与气—液相间相互作用的数学模型,讨论工艺、设备等因素对液相流动和混合情况的影响,显示并分析真空室和钢包内液相的流动状况和流场。基于欧拉—欧拉气液两相流模型和标准k-ε双方程湍流模型,提出了RH真空精炼中气—液两相流动的数学模型。在绝热条件下,计算了充气量入口参数,由此确定了模型的重要边界条件。应用数学模型对RH水模型装置内液相的流动进行模拟,并把数值模拟计算的结果同实验装置所测得的数据进行对比。结果表明,该模型的计算结果基本反映了可变参数（如：充气量、充气压力等）对RH实验装置内液体循环流量的影响规律。增大吹气量和吹气气压可有效地提高RH装置的循环流量。与此同时,通过观察上升管内的流场,发现吹入的气体对液相的影响主要集中在上升管壁附近,难以达到上升管的中心部位。此外,还对钢包内的流动进行了模拟。结果表明,钢包内存在两个明显回流区,一个是上升管侧钢包底部的回流区；另一个是下降管和钢包壁之间的回流区。而且,在钢包顶部液体的流动并不是很明显。可以通过改变相关参数改善流动循环。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 炉外精炼技术概述
• 1.3 RH精炼技术
• 1.3.1 RH精炼技术的工作原理
• 1.3.2 RH精炼技术的精炼功能和效果
• 1.3.3 RH真空精炼的发展
• 1.3.4 RH真空精炼技术的相关研究
• 1.4 本课题的目的意义和研究内容
• 1.4.1 目的意义
• 1.4.2 主要内容
• 第二章 数学模型
• 2.1 基本假设
• 2.2 连续性方程和动量守恒方程
• 2.2.1 体积分数——气/液含率
• 2.2.2 连续性方程
• 2.2.3 动量守恒方程
• 2.3 湍流流动的数学模型
• 2.3.1 湍流的数值模拟方法
• 2.3.2 湍流模型
• 2.4 边界条件
• 2.4.1 壁面边界
• 2.4.2 其它边界
• 2.5 数值计算方法
• 2.5.1 控制方程的离散
• 2.5.2 流场计算方法
• 第三章 几何模型创建以及网格生成
• 3.1 几何模型创建
• 3.1.1 RH模型相似准则
• 3.1.2 创建几何模型
• 3.2 网格类型选择
• 3.2.1 网格拓扑结构
• 3.2.2 选择合适的网格类型
• 3.3 网格划分
• 3.3.1 网格质量
• 3.3.2 网格生成
• 第四章 模型计算结果与分析
• 4.1 供气参数对上升管内气/液速度分布的影响
• 4.2 供气参数对循环流量的影响
• 4.2.1 充气量对循环流量的影响
• 4.2.2 充气压力对循环流量的影响
• 4.3 RH装置内液相流场的模拟结果
• 4.3.1 真空室中的液相流动
• 4.3.2 钢包内的液相流场
• 第五章 结论和结束语
• 参考文献
• 致谢